GSM信令流程和分析

1、信令分析与优化信令分析与优化2一、网络话音接续过程分析；二、BSS信令流程分析；三、典型出错流程分析。目录3一、一、网络话音接续过程分析网络话音接续过程分析4GSM的特点5GSM系统结构MSCBSCBSCBTSBTSMSEIRMSCMSBTSBTSOMCHLRVLRPSTNISDNPDNUmAbisAAUC67PLMN接口配置89各模块功能（一）MSC (Mobile service Switching center)：移动业务交换中心，实现移动业务交换功能10各模块功能（二）VLR (Visitor Location Register)：拜访位置登记处。实际上是一个数据库，储存用户信息，主要

2、包括： MSRN (Mobile Station Roaming Number) : 移动台漫游号码 TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identification) : 临时移动用户身份 移动台登记的位置区（LAC） 与补充业务有关的数据有关用户数据在GSM03.08中描述11各模块功能（三）HLR (Home Location Register)：归属位置登记处。实际上是一个数据库，主要储存二类数据： 用户数据，主要包括： 用户的身份IMSI (International Mobile Subscriber Identification) 用户ISDN号码

3、 VLR地址 用户的位置信息有关用户数据在GSM03.08中描述12各模块功能（四）AUC (Authenticate Center) : 鉴权中心，用于对用户身份的鉴别EIR (mobile station Equipment Identity Register) : 移动台设备身份登记处，用于储存及鉴别移动台的设备身份。13移动主叫（MO）过程BSSVMSCVLRVPLMNIAM（ISUP）SIFOCComplete callUmABIAM : Initial address messageISUP : ISDN user partSIFOC : Send information for

4、outgoing call参见参见GSM 03.1814MO 信令流程MSVMSCVLRBSSCM service reqCM service reqProcess access reqAuthenticateAuthenticateAuthenticateAuthenticate respAuthenticate respAuthenticate ackSet cipher modeStart cipheringCipher mode cmdProcess access req ackCipher mode compCipher mode compsetupSIFOCComplete cal

5、lAllocate channelAssignment cmdAssignment compAllocation completeCall proceedingIAMACMANMAlertConnectConnect ack参见参见GSM 03.1815移动被叫（MT）过程BSSVMSCVLRVPLMNIAM (ISUP)SIFICPage/ackComplete callUmAB参见参见GSM 03.18GMSCHLRIAM(ISUP)Send routeing info/ackProvide roaming number/ack16MT获取路由信息GMSCVMSCVLRHLRSRIIAMP

6、RNPRN ackSRI ackIAMSRI: Send Routeing InformationPRN: Provide Roaming NumberIAM: Initial Address Message参见参见GSM 03.1817江苏上海北京MSRN路由接续的机理TMSCMSC/VLRTMSCGMSCIAMHLRMSC/VLRTMSCMSC/VLR0210216495SRIPRN021-649577006495xxxx6485xxxSRNMSISDNMSRN64957700649577016495ABCD0

7、123HLR号号18GMSCVLRVMSCBSSMSIAMSIFICPage MSPagePageChan reqImm assPage respMS connestabProcessAccess reqSet ciphermodeProcessAccess req ackStart cipheringCipher mode cmdCipher mode cmpCipher mode cmpComplete callSetupCall confAllocate chanAss cmdAss cmpAllocation cmpAllertingACMConnectANMConnect ackCo

8、mplete callackMT信令流程参见参见GSM 03.1819位置更新过程VLRHLRVLRBSSVMSCUmABnewoldLoc uptcancellationId inquiringLocation Update 的起因：的起因：1） SIM卡第一次使用卡第一次使用2）位置区发生变化）位置区发生变化3）周期位置更新）周期位置更新4）IMSI attach/dettacheDDG参见参见GSM 03.2020位置更新流程 (1)在同一MSC中的位置更新MSVMSCVLRBSSLoc upd reqLoc upd reqLoc area updAuthenticateAuthenti

9、cateAuthenticateAuthenticate respAuthenticate respAuthenticate ackSet cipher modeStart cipheringCipher mode cmdLoc upd accCipher mode compCipher mode compLoc upd accTMSI ackTMSI reallocation cmp参见参见GSM 03.2021位置更新流程 (2)在同一VLR但不同MSC中的位置更新MSVMSCVLRBSSLoc upd reqLoc upd reqLoc area updAuthenticateAuthe

10、nticateAuthenticateAuthenticate respAuthenticate respAuthenticate ackSet cipher modeStart cipheringCipher mode cmdLoc upd accCipher mode compCipher mode compLoc upd accTMSI ackTMSI reallocation cmpHLRLoc upd reqLoc upd ack参见参见GSM 03.2022位置更新流程 (3)在新的VLR中的位置更新，原VLR可及MSVMSCVLRnBSSLoc upd reqLoc upd re

11、qLoc area updAuth.Auth.Auth.Auth. respAuth. respAuth. ackSet ciph. modeStart cipheringCiph. mode cmdLoc upd accCiph. mode cmpCiph. mode cmpLoc upd accTMSI ackTMSI reallocation cmpHLRLoc upd reqLoc upd ackVLRoId reqId respCancellation.Cancellation ack参见参见GSM 03.2023位置更新流程 (4)在新的VLR中的位置更新，原VLR不可及MSVMS

12、CVLRnBSSLoc upd reqLoc upd reqLoc area updAuth.Auth.Auth.Auth. respAuth. respAuth. ackSet ciph. modeStart cipheringCiph. mode cmdLoc upd accCiph. mode cmpCiph. mode cmpLoc upd accTMSI ackTMSI reallocation cmpHLRLoc upd reqLoc upd ackVLRoCancellation.Cancellation ackId req.Id req.Id req.Id respId res

13、pId resp参见参见GSM 03.2024位置更新流程 (5)在新的VLR中的位置更新，原VLR可及，但信息丢失MSVMSCVLRnBSSLoc upd reqLoc upd reqLoc area updAuth.Auth.Auth.Auth. respAuth. respAuth. ackSet ciph. modeStart cipheringCiph. mode cmdLoc upd accCiph. mode cmpCiph. mode cmpLoc upd accTMSI ackTMSI reallocation cmpHLRLoc upd reqLoc upd ackVLRo

14、Cancellation.Cancellation ackId req.Id req.Id req.Id respId respId respunknownId req.参见参见GSM 03.2025用户身份鉴权过程参见参见GSM 03.20Um网络A3A3? =Yes/noKiRANDRANDSRESKi( Authentication req. )( Authentication resp. )Ki : individual subscriber authentication key26安全相关信息获取VMSCVLRSecurity Related Infomation RequestHL

15、R/AuCA3KiRAND产生产生参见参见GSM 03.20Authentication Vector ResponseSRES(1,2,n) , RAND(1,2,n)27鉴权过程（1）在新的VLR中做位置更新，采用TMSIMSMSC/VLRnBSSLoc upd reqLoc upd reqTMSIoAuth.Auth.MSC/VLRo参见参见GSM 03.20( LAI, TMSI )( LAI, TMSI )IMSIRAND(1n)SRES(1n)28鉴权过程（2）在新的VLR中做位置更新，采用IMSIMSMSC/VLRnBSSLoc upd reqLoc upd reqSec.Rel

16、.Info.reqAuth.Auth.( LAI, IMSI )( LAI, IMSI )RAND(1n)SRES(1n)HLR/AuC参见参见GSM 03.2029鉴权过程（3）在新的VLR中做位置更新，采用TMSI，TMSI在原VLR中未知参见参见GSM 03.20MSMSC/VLRnBSSLoc upd reqLoc upd reqTMSIoAuth.Auth.MSC/VLRo( LAI, TMSI )( LAI, TMSI )unknowSec.Rel.Info.reqRAND(1n)SRES(1n)HLR/AuCId req.Id req.IMSIIMSI本流程属于异常情况30鉴权流

17、程（4）参见参见GSM 03.20在新的VLR中做位置更新，采用TMSI，原VLR不可及MSMSC/VLRnBSSLoc upd reqLoc upd reqAuth.Auth.( LAI, TMSI )( LAI, TMSI )Sec.Rel.Info.reqRAND(1n)SRES(1n)HLR/AuCId req.Id req.IMSIIMSI本流程属于异常情况31鉴权过程的其它参见参见GSM 03.201. 如果用TMSI鉴权失败，是否需要再用IMSI鉴权？答案：是。但作为选项，运营商可以规定在TMSI鉴权失败后拒绝后续操作。2. 在故障情况下的处理* VLR中的每组三件套用过一次后可

18、以删除，也可以不删除但标记为已用；* 当VLR中的三件套都用过后，应该向HLR申请新的三件套；* 一旦获得新的三件套，VLR将储存的用过的所有三件套删除；* 若申请过程出现故障，则VLR可以重复使用已用过的三件套，但三件套允许重复的次数是受限的。32信息加密与解密A5A5Count ( = TDMA Frame Number = ) Count114 bits加密块加密块114 bits加密块加密块BLOCK1BLOCK1114 bit信息块信息块114 bit信息块信息块KcKc Kc：密钥，：密钥，64 bits Count：22 bits BLOCK1，BLOCK2：114 bitsCh

19、annel参见参见GSM 03.2033Kc的产生参见参见GSM 03.20Um网络A8A8KiRANDRANDKi( Authentication req. )Ki : individual subscriber authentication key储存储存 Kc储存储存 Kc34二、二、BSS信令流程分析信令流程分析35 基站子系统(BSS)组成基站控制器BSC基站收发信机BTS无线操作维护中心OMC-R码变换器TC(Transcoder)UM接口MSAbis接口接口BTSOMC-RBSCTCBTS36各模块功能MS (Mobile Station)：移动台，实现移动终端功能BTS (Ba

20、se Transceiver Station)：基站收发信台，实现移动通信系统与MS之间的无线通信BSC (Base Station Controller)：基站控制器，实现无线系统到交换系统的集线功能、无线资源管理功能以及其它与无线相关的控制功能OMC (Operation and Maintenance Center)：操作维护中心，提供人机界面实现对系统设备的监测和控制功能37BSC框架交换网络处理器DTDTAAbis38BTS框架发信机收信机合分路器调制器解调器交织反交织编码译码编码译码基站接口信令处理Abis39Um接口物理信道帧结构204720462101个超高帧2048个超帧01

21、2345671个帧8个时隙0252410504911个复帧26个帧1个复帧51个帧0504910252411个超帧51个复帧1个超帧26个复帧40Burst type 正 常 突 发（NB） 频 率 突 发（FB） 同 步 突 发（SB） 接 入 突 发（AB） 假 突 发（DB）时隙长度为156.25比特，保护段8.25比特尾比特：3比特，000尾比特 信息比特 训练序列 信息比特 尾比特尾比特 全0码 尾比特尾比特 信息比特 扩展训练序列 信息比特 尾比特尾比特 训练序列 信息比特 尾比特 保护段尾比特 填充比特 尾比特41逻辑信道 业务信道业务信道TCH 控制信道控制信道CCH42Tra

22、ffic channelTCHSpeechDataTCH/HSTCH/FSTCH/9.6TCH/2.4TCH/4.8SACCHFACCHTCH业务信道43Control channelCCHDCCHSDCCHACCHSACCHFACCHCCCHRACHCBCHPCH/AGCHBCCHBCCHSCHFCCH控制信道44信道组合i) TCH/F + FACCH/F + SACCH/Fii) TCH/H(0,1) + FACCH/H(0,1) + SACCH/TH(0,1)iii) TCH/H(0,0) + FACCH/H(0,1) + SACCH/TH(0,1) + TCH/H(1,1)iv) F

23、CCH + SCH + BCCH + CCCHv) FCCH + SCH + BCCH + CCCH + SDCCH/4 + SACCH/C4vi) BCCH + CCCHvii) SDCCH/8 + SACCH/C8CCCH = PCH + RACH + AGCH45GSM系统信令结构UmAbisABTSBSCMSCL1L2L3MSTDMALAPDmRRMMCMTDMAPCMLAPDmLAPDRRBTSMPCMLAPDRRBTSMPCMBSSMAPSCCPMTPPCMBSSMAPSCCPMTPMMCMMSTDMA : Time Division Muple AccessLAPDm: Link

24、 Access Protocol for Dm ChannelRR : Radio ResourceMM : Mobility ManagementCM : Connection ManagementPCM : Pulse Code ModulationLAPD : Link Access Protocol for D channelBTSM : Base Transceiver Station ManagementMTP : Message Transfer PartSCCP : Signalling Connection & Control PartBSSMAP: Base Station

25、 System Mobile Application PartL1 : Layer 1L2 : Layer 2L3 : Layer 346MSBSCChannel activation ackChannel activationEncryption commandChannel requiredComplete Layer 3 Info.Authentication requestCall proceedingCipher Mode CompleteSABM(cm_serv_req)Immediate assign commandestablish indicationBTSChannel r

26、equestUA(cm_serv_req)Cipher Mode CommandImmediate assignment MSCAuthentication responseSetupCipher Mode CommandCipher Mode Complete主叫流程之一47主叫流程之二MSBSCBTSMSCAssignment RequestChannel activation ackAssignment commandestablish indicationAssignment CompleteAssignment CompleteDeactivate SACCHRelease requ

27、estRelease confirmRF Channle releaseRF Channel release ackAlertingConnectConnect acknowledgeSABMUAChannel activation48MSBSCBTSMSC主叫流程之三Channel ReleaseRelease CompleteReleaseClear CommandRF Channle releaseDISCDeactivate SACCHRF Channel release ackRelease IndicationUADisconnectClear Complete49被叫流程之一MS

28、BSCBTSMSCChannel activation ackChannel activationEncryption commandChannel requiredComplete Layer 3 Info.Authentication requestCall confirmCipher Mode CompleteSABM(pag_resp)Immediate assign commandestablish indicationChannel requestUA(pag_resp)Cipher Mode CommandImmediate assignment Authentication r

29、esponseSetupCipher Mode CommandCipher Mode CompletePaging CommandPaging RequestPaging50被叫流程之二MSBSCBTSMSCAssignment RequestChannel activation ackAssignment commandestablish indicationAssignment CompleteAssignment CompleteDeactivate SACCHRelease requestRelease confirmRF Channle releaseRF Channel relea

30、se ackAlertingConnectConnect acknowledgeSABMUAChannel activation51MSBSCChannel activation ackChannel activationEncryption commandChannel requiredComplete Layer 3 Info.Authentication requestTMSI reallocation completeCipher Mode CompleteSABM(loc_upd_req)Immediate assign commandestablish indicationBTSC

31、hannel requestUA(loc_upd_req)Cipher Mode CommandImmediate assignment MSCAuthentication responseLocation updating acceptCipher Mode CommandCipher Mode Complete位置更新流程之一52MSBSCBTSMSC位置更新流程之二Channel ReleaseClear CommandRF Channle releaseDISCDeactivate SACCHRF Channel release ackRelease IndicationUAClear Complete53MSBSCBTS1BTS2内部切换流程Channel activationChannel activation ackMeasurement resultHandover commandMeasurement reportHandover accessHandover completeSABMUAHandover completeHandover perfor